Compatibilità e durabilità delle malte di riparazione per le murature storiche

Il testo illustra perché la compatibilità (chimica e meccanica) e la durabilità siano criteri decisivi nella scelta delle malte consolidanti su murature storiche, argomentando il passaggio da miscele cementizie a malte a base di calce NHL. Vengono discussi i rischi (ettringite/thaumasite, aumento risalita capillare), l’importanza del modulo elastico simile tra supporto e malta e gli effetti di ritiro/termica durante la maturazione. La parte sperimentale descrive un protocollo di prequalificazione (prove statiche, cicliche, gelo-disgelo; DIC; emissioni acustiche) sviluppato presso il Politecnico di Torino e validato in cantieri come la Reggia di Venaria Reale e i Sacri Monti di Varallo. Sono riportati esiti comparativi su quattro malte (A-D), relazioni per la previsione della vita a fatica e tabelle di risultati che evidenziano variazioni prestazionali oltre i canonici 28 giorni.

I lavori di restauro e recupero strutturale delle antiche murature si basano ancora sull’utilizzo di malte consolidanti, i cui criteri di scelta tuttavia non approfondiscono in modo esauriente i temi della compatibilità e durabilità.

Inoltre, anche se oramai è richiesto l’utilizzo di prodotti a base di calce NHL, esiste ancora una tendenza radicata ad applicare malte cementizie di cui conosciamo purtroppo gli effetti critici a lungo termine dagli interventi eseguiti nel recente passato. Garantire la corretta scelta dei prodotti consolidanti richiede una conoscenza più approfondita del comportamento dei materiali e test di prequalificazione da tarare sui diversi contesti di applicazione.

Le malte attrici del cantiere di restauro

Le malte rappresentano i materiali principali dei cantieri di restauro, ampiamente utilizzate per ripristini di intonaci, stilature dei giunti, riparazioni murarie.

Allo stesso modo la maggior parte degli interventi di consolidamento statico e miglioramento sismico prevedono materiali di rinforzo, anche di nuova generazione, la cui applicazione richiede ancora l’utilizzo di malte con prestazioni strutturali per legare insieme la muratura all’armatura di rinforzo.

Nel corso degli anni è intercorsa una evoluzione della composizione delle miscele, passando dalle più tradizionali con legante cementizio a quelle attualmente richieste, soprattutto nell’ambito del restauro, a base di calce NHL (Natural Hydraulic Lime) per rendere l’intervento più adattabile alle originarie tradizioni costruttive.

L’evoluzione è coerente con le modalità di intervento edilizio del periodo. Durante gli anni del boom economico, in cui primeggiava l’utilizzo del cemento armato anche nelle fasi di riparazione post sisma, il legante principale era il cemento nelle malte applicate a sostegno di tutte le tecniche di consolidamento: intonaco armato, calotte estradossali, risarciture delle fessure, iniezioni (fig. 1) e inghisaggi.

I fallimenti degli adeguamenti sismici eseguiti con tale filosofia hanno favorito un ripensamento del legante e più in generale del materiale da associare alle antiche strutture murarie.

La rivalutazione critica non ha interessato solamente l’inadeguatezza antisismica degli interventi cosìdetti “pesanti ed invasivi”, come ad esempio la sostituzione dei solai e coperture con nuovi in cemento armato o il getto di spesse calotte cementizie sulle volte. Anche la durabilità di operazioni di restauro con intonaci cementizi, il cui utilizzo acritico e generalizzato ha mostrato precoci degradi per incompatibilità chimico-fisica nel contesto storico in cui venivano applicati (fig. 1).

Perché la compatibilità decide la durabilità dell’intervento  

Il decadimento repentino di molti restauri eseguiti con materiali cementizi ha evidenziato come la durabilità dell’intervento dipenda prima di tutto dalla scelta di materiali compatibili.

Ciò è evidente ad esempio nel distacco dei rappezzi cementizi su intonaci originari a base di calce (fig. 2).

Calce NHL vs malte cementizie: implicazioni chimico-fisiche e meccaniche

La presenza di solfati nelle murature, e di alluminati di calcio idrati e silicati all’interno di boiacche cementizie, insieme all’umidità presente nelle murature possono favorire la formazione di ettringite e thaumasite, i cui effetti si manifestano rispettivamente con un aumento in volume e la disgregazione delle malte, invalidando l’intervento di recupero con danno all’originaria tessitura muraria.

Ne sono testimoni i tanti rivestimenti di intonaco cementizio applicati su murature soggette a risalita capillare dove, senza lasciare traspirare la superficie muraria, hanno aumentato l’altezza di risalita dell’umidità e manifestato estesi decadimenti materici con distacco di porzioni di intonaco dopo pochi anni dalla loro applicazione (fig. 2-3).

Oltre all’incompatibilità chimica, esiste anche quella meccanica: in linea generale negli interventi di riparazione e rinforzo su murature storiche occorre evitare prodotti dalle resistenze e rigidezze eccessivamente diverse rispetto ai materiali esistenti nella tessitura muraria, al fine di perseguire una efficace collaborazione tra di essi.

Intervenire sul costruito storico richiede la capacità di proporre soluzioni “cucite su misura” rispetto alle caratteristiche meccaniche e alla tecnologia costruttiva dell’edificio storico, senza stravolgere gli originari sistemi strutturali con materiali troppo rigidi [1, 2].

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Modulo elastico e collaborazione muratura-rinforzo: cosa misurare

La durabilità dell’accoppiamento tra due materiali, che dovranno collaborare tra loro per supportare i numerosi cicli di fatica meccanica e termo-igrometrica durante la vita utile di servizio, si basa anche sulla similarità dei valori del modulo elastico, almeno nell’ordine di grandezza.

Esso è una proprietà meccanica del materiale espressa dal rapporto tra la tensione applicata e la relativa deformazione che si rileva entro il limite elastico del materiale.

Un basso modulo elastico indica un materiale più deformabile, al contrario un alto valore indica un materiale più rigido.

La disparità di rigidezza tra i due materiali comporta una distribuzione non più omogenea delle sollecitazioni bensì proporzionale al singolo modulo elastico (fig. 4).

Le sollecitazioni gravanti sulla struttura andranno a concentrarsi sulla parte più rigida (strato di rinforzo) lasciando scarica la parte muraria esistente e creando elevate tensioni tangenziali all’interfaccia tra i due materiali, fino a favorirne lo scollamento [1-3].

Anche la fase di presa ed indurimento della malta posata a ripristino o rinforzo del supporto murario è accompagnata da fisiologiche deformazioni e stati tensionali.

I cicli termici a cui è esposta (pensiamo, ad esempio, ad un intonaco esterno) o il semplice ritiro per maturazione non avrebbero alcuna conseguenza se la malta fosse un corpo libero di deformarsi nello spazio in ogni direzione. Tuttavia, essa risulta posata solidarmente al supporto murario, trovando in esso un vincolo che impedisce gli spostamenti dovuti ai fenomeni di dilatazione o restringimento.

Come naturale conseguenza, nasce uno stato tensionale nel materiale applicato, che dovrà bilanciare quello dovuto al vincolo. Presso il Politecnico di Torino è stata eseguita una campagna sperimentale di rilevamento dello stato tensionale, mediante Digital Immage Correlation (DIC), durante la maturazione di diverse malte da ripristino (fig. 5).

Questa tecnica ottica ha mostrato una eccellente accuratezza di misurazione per monitorare, nelle ore successive al getto, il complesso fenomeno del ritiro delle malte, i cui valori a volte sono assenti dalle schede tecniche pur rappresentando informazioni rilevanti per una corretta scelta e modalità di applicazione in situ [4].

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